1.1聚丙烯纤维防渗抗裂工艺原理及主要性能
1.1.1聚丙烯纤维防渗抗裂工艺原理
从微观的角度来看，任何密实的混凝土都存在微裂缝。混凝土在硬化形成强度的过程中，初期由于水和水泥的反应形成结晶体，这种晶体化合物的体积比原材料的体积要小，因而引起混凝土体积的收缩；在后期又由于混凝土内自由水分的蒸发而引起干缩。这些应力某个时期超出了水泥机体的抗拉强度，于是在混凝土内部引起微裂缝。
在混凝土内掺入聚丙烯纤维，聚丙烯纤维与水泥集料有极强的结合力，可以迅速而轻易地与混凝土材料混合，分布均匀；同时由于细微，故比表面积大，0.8kg聚丙烯纤维分布在1m3的混凝土中，则可使每立方米混凝土中就有1500～2500万根纤维不定向分布在其中，能在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系（见图1-1即右图）。
当微裂缝在细裂缝发展的过程中，必然碰到多条不同向的微纤维，由于遭到纤维的阻挡，消耗了能量，难以进一步发展。因此，聚丙烯纤维可以有效地抑制混凝土早期干缩微裂的产生和发展，极大地减少了混凝土收缩裂缝。从宏观上解释，就是微纤维分散了混凝土的定向拉应力，从而达到抗裂的效果。聚丙烯纤维可以大大增强混凝土的抗裂、抗渗能力，作为混凝土刚体自防水的效果显著，可以有效地解决混凝土渗裂问题的困扰，延长使用寿命。下面具体分析聚丙烯纤维是如何影响混凝土各种性能的。
1.1.2提高混凝土抗裂性能
混凝土裂缝主要发生在混凝土硬化前，此阶段由于水分的蒸发转移，因而引起混凝土内部塑性裂缝的产生。掺入聚丙烯工程纤维后，在混凝土内部形成一种均匀三维不定向分布的支撑体系，延缓和阻止早期混凝土塑性裂缝的发生和发展，因此起到更为有效的。
1.1.3提高混凝土的抗渗性能
混凝土掺入少量纤维后，抑制了早期干缩裂缝及离析裂缝的产生和发展。使混凝土孔隙率大大降低，从而使混凝土抗渗能力大幅度提高，因此可用于抗渗要求高的混凝土工程。如水电站厂房、大坝、混凝土防渗面板、引水隧洞、工民建的地下室、游泳池墙板、贮水池、屋面防水等工程。
1.1.4提高混凝土抗冲击性能
纤维与水泥基料有极强的结合力，纤维能迅速和混凝土均匀混合，形成三维不定向支撑体系，当混凝土承受拉力和冲击时，均匀分布且数量众多的纤维起到了吸收能量和分担应力的加强筋作用。这一特性对易受到疲劳冲击的混凝土结构，儒道路、桥梁、高层建筑转换梁、停车场、停机坪、机场跑道、水闸底板等工程非常有用。
1.1.5提高混凝土耐磨性能
混凝土掺入少量纤维后，可以控制塑性沉降和塑性收缩龟裂，表面形成质地均匀的泌浆胶膜，同时三维不定向体系纤维能较多地吸收能量，增强混凝土耐磨性能。
1.1.6提高了混凝土抗冻和耐温差能力
掺入纤维的混凝土因纤维具有大分子结构，当外界温度为40℃时，它具有收缩性，当外界温度为-40℃时，玻璃态和结晶态大分子具有抗收缩性，这种性能弥补了混凝土热胀冷缩的特性，缓解温度变化而引起的混凝土内部应力作用，阻止温度裂缝的扩展。可广泛应用于寒冷地区混凝土工程。
1.1.7降低高强混凝土的脆性
高强混凝土是混凝土技术的一个重要发展方向。它能适应现代工程结构向大跨度，高层结构，重载力方向发展的需要，符合现代施工技术采用工业化生产的要求。但高强度混凝土在材料力学性能上呈明显的脆性，而极限应变小。这些不利因素，影响了高强度混凝土的更广泛应用。聚丙烯工程纤维比表面积大，它和水泥基料有极强的粘结力，在混凝土内呈三维不定向支撑体系，根据对试件的破坏试验：混凝土掺入纤维后，大大提高了混凝土的抗裂能力和韧性，对克服高强混凝土的脆性有较理想的效果，具有十分重要的工程价值。
1.2施工工艺流程及操作要点
1.2.1混凝土生产工艺流程
预拌混凝土的生产施工工艺因设备的不同而有一些差异，但都大同小异。主要由原料进厂、上料计量及搅拌、运输、泵送浇筑、养护工艺流程，见图1-2
图1-2混凝土生产施工工艺流程图
1.2.2原料进厂
按批次抽样检验后，各种原材料方可入厂。聚丙烯纤维作为聚丙烯纤维混凝土的一种重要原材料之一，应注意以下几点：
通过厂家提供的产品合格证及检验报告，判断该种纤维是否满足该种混凝土的要求。
要求生产厂家将聚丙烯纤维按一定重量分袋包装（0.6kg/袋～0.9kg/袋），方便计量、投放。
不易暴晒，应堆放在干燥、阴凉处，以免材料老化变性。
1.2.3上料计量
纤维同混凝土骨料、外加剂、掺合料和水泥都不会有任何冲突。施工时，根据配合比直接将纤维投入上料系统。对搅拌及施工工艺没有特别的要求，只要适当保证搅拌时间即可使用。
据每次搅拌混凝土的方量，按照配合比要求（或建议掺量）正确计量每次加入纤维的重量。
将骨料连同纤维一起加入搅拌机，应调整搅拌时间，干拌时间较普通混凝土增加25%，加入水泥和水后，湿拌时间较普通混凝土增加30%，使纤维充分分散。
搅拌完成后随机取样，如纤维已均匀分散成单丝，则混凝土可投入使用，如果仍有成束纤维则延长搅拌时间20～30秒，即可使用。
为改善拌合物的和易性，可掺加适量的减水剂、也可掺入不超过水泥用量20%的粉煤灰（Ⅱ级）。
1.2.4输送系统
输送系统是连接生产和施工的一条纽带。它包括：混凝土输送车辆、泵机、泵车和输送管道。应注意以下几点：
输送全过程中的任务是要求始终使聚丙烯纤维混凝土拌合物保持均匀、不离析、不分层状态。这要求混凝土罐车在输送过程中罐体保持3～6r/min的转速转动，并及时将混凝土送到指定浇筑点。拌合好的纤维混凝土由搅拌站输送至浇筑部位，时间不应超过60min，否则应在混凝土运到工地后再加入聚丙烯纤维。
输送过程中严禁司机、施工人员私自向聚丙烯纤维混凝土中加入生水来调节和易性，否则会严重影响混凝土的质量。
聚丙烯纤维混凝土施工过程中应保证充足的输送能力，以保持混凝土浇筑的连续性。
1.2.5泵送浇注混凝土应注意的几点要求:
开始泵送时,混凝土处于慢速、匀速并随时可反泵的状态。泵送速度，先慢后快，逐步加速。同时，观察混凝土泵的压力和各系统的工作情况，待各系统运转顺利后，方可以正常速度进行泵送。
泵送前，应先用适量的与混凝土内成分相同的水泥砂浆润滑输送管内壁。预计泵送间歇时间超过45min 或混凝土出现离析现象时，应立即用压力水或其他方法冲洗管内残留的混凝土。
将高强混凝土倒入料斗时，应注意下料的高度和方向，以免高强混凝土离析或骨料过于集中在一个缸内。
输送时，料斗中高强混凝土存量不低于搅拌轴，以避免空气进入泵管而引起管道的振动。
1.2.6浇筑、养护
混凝土入模后，处于松散状态，不仅不能很好填满模具，而且其强度和对钢筋的握裹力都不能达到设计和使用要求。浇筑聚丙烯纤维混凝土采用高频振捣器。分层与布点合理，避免欠振与过振。
使用插入式振动器进行捣实。振动频率和时间以能使拌合物中的所含空气成分逸出为准，达到表面平整，从而使强度等各种性能符合设计要求。振动器震动间距控制在30～40cm，插入深度约50mm，板面使用二次振捣工艺，20～30min后进行复振。
浇筑完毕后应根据季节不同及时做好相应的养护工作。保证聚丙烯纤维混凝土表面处于温润状态，保证早期强度的增加。
1.3材料与设备要求
1.3.1对聚丙烯纤维要求
聚丙烯纤维是一种以聚丙烯为主要原料，以独特生产工艺制造而成的高强度束状单丝纤维。选用改性后的截面为三叶形的聚丙烯纤维，见图1-3。
图1-3聚丙烯纤维束
下表为聚丙烯纤维的物化性能参数（见表1-1）：
表1-1聚丙烯纤维的物化性能参数
1.3.2对骨料的要求
骨料粒径越大，纤维越容易受骨材排挤压迫，单位体积内纤维含量增加，如图1-4所示，纤维容易互相纠结成球，纤维球又会造成骨材间分离。为了避免上述情形发生，必须选用粒径较小的骨材。因此，粗骨料粒径应≤20mm。
图1-4骨料粒径对纤维束分布的影响
1.3.3对设备的要求
传送带处加装投放装置如图1-5，砂石料备好后，将纤维通过投放装置加入。该装置为与水平面成一定夹角（夹角≥30°）的PVC管(长度≥3m、直径≥10cm)固定于传送带上方。
图1-5生产设备
1.4质量控制
1.4.1质量标准
本先进工艺执行以下标准：
GB50164-1992《混凝土质量控制标准》
GB50204-2002《混凝土质量结构工程施工质量验收规范》
JGJ/T10-1995《混凝土泵送施工技术规程》
1.4.2影响质量因素原因分析
原材料的组成成分、原材料的力学性能、各种原材料间的相容性、混凝土生产工艺的合理性稳定性、配合比的科学性以及混凝土的施工浇筑、养护状况。
1.4.3质量控制点
对聚丙烯纤维混凝土的生产质量控制主要表现在三个方面：
严格按照国家相关的标准、规范对入场的砂、石、水泥、粉煤灰、外加剂、掺合料等原材料进行抽检，确保原材料的质量。
加强对实验室的技术管理，确保配合比科学、经济、合理。生产中拌和物的抽样监控、生产工艺的各环节状况的监督控制等。
采用合理的生产工艺，并对生产工艺过程进行实时监控，维护好设备的正常运转。确保生产过程中的拌和物的质量。
1.5安全及环保措施
1.5.1安全措施
1、施工现场安全设施应按照国家《建筑安装工程安全技术规程》的有关规定。
2、聚丙烯纤维属于易燃物品，使用及堆放时需远离电气焊及其它火源。严格执行现场用火制度，接受相关部门的检查。
3、对投放聚丙烯纤维的操作人员及时发放安全技术交底，并对其进行培训后方可上岗。
4、设专人对厂区定期进行安全检查，并建立检查记录，时期有可追溯性。
5、仓库、料场应配备足够的消防器材，对易燃材料要集中管理，并设有明显标志。
1.5.2环保措施
切实做好施工现场的环境保护工作，主要采取以下措施：
1、对施工现场场地进行硬化和绿化，并经常洒水，以减少粉尘污染。
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